1.1. Радиационные факторы климата
Внутриконтинентальное положение моря в приполярном районе, его вытянутость с севера на юг (от 68 до 64° с. ш.) придают радиационному режиму Белого моря своеобразные черты и неоднородность.
В холодное время года небольшое количество теплоты, которое поступает на поверхность моря в течение короткого дня при малых высотах Солина, в значительной степени отражается льдами; на севере моря в течение всего декабря тянется полярная ночь. В теплое время года происходит прогревание водной поверхности в связи со значительным притоком солнечной радиации в течение длинного полярного дня. На 64° с. ш. наибольшая высота Солнца в полдень во время летнего солнцестояния достигает 49°, а на 68° с. ш. — 45° [32, 33].
На большей части моря число часов с солнечным сиянием составляет 1200—1600 за год, из них на лето приходится 690—850 ч. В Онежском и Кандалакшском заливах продолжительность солнечного сияния равна около 1600 ч за год, за летний период— 800—825 ч [32]. Максимальная продолжительность солнечного сияния приходится на июль, когда отмечается минимум облачности. В это время на большей части моря насчитывается в среднем 270—300 ч в месяц с солнечным сиянием, на заливах— 300—320 ч. Почти везде отношение фактической продолжительности солнечного сияния к возможной составляет 46—54%, однако без солнца бывает в среднем 1—3 дня. Минимальная продолжительность солнечного сияния приходится на декабрь и составляет 0—6 ч. В это же время число дней без солнца колеблется от 27 до 31.
Солнечная радиация поступает на поверхность моря в виде прямой радиации и рассеянной атмосферой и облаками. В приполярных шпротах вследствие преобладания пасмурной погоди и небольших высот Солнца рассеянная радиация в среднем за год больше прямой [24]. Снежный покров увеличивает рассеянную радиацию и в зимние месяцы она превышает прямую в 2—4 раза. Только летом, когда уменьшается облачность и возрастает высота Солнца, прямая радиация становится равной рассеянной или превосходит ее. Количество суммарной радиации определяется теми же факторами, которые влияют на ее слагаемые. Наименьшее годовое значение суммарной радиации наблюдается в Воронке и равно 3063 МДж/м2 [24]. К югу радиация растет и достигает наибольшего значения в Онежском заливе — 3 285 МДж/м2. Наибольших значений суммарная радиация достигает в июне (578— 612 МДж/м2), наименьших — в декабре (0,0— 4,0 МДж/м2). Большая часть солнечной радиации, поступающей к поверхности воды летом, поглощается ею (88—90%). Альбедо, т. е. отражательная способность поверхности моря, зависит от ее физического состояния и меняется в широких пределах. Зимой, когда ледовая поверхность покрыта снегом, альбедо достигает 84% [32, 33]. В Воронке в июне поглощенная радиация равна 528 МДж/м2, в Кандалакшском заливе — 570 МДж/м2.
В среднем за год эффективное излучение поверхности моря, т. е. разность между тепловым (длинноволновым) излучением моря и тепловым излучением атмосферы, наименьшее в Воронке (1102 МДж/м2): здесь средняя годовая температура водной поверхности почти вдвое ниже, чем, например, в Двинском заливе, где эффективное излучение составляет 1462 МДж/м2. Кроме того, в Воронке в теплое время года повторяемость пасмурного неба (особенно по нижней облачности) и туманов больше, чем в южной части моря, что увеличивает противоизлучение атмосферы и компенсирует часть потерн тепла поверхностью моря.
С октября по февраль радиационный баланс имеет отрицательный знак (—25. ..— 205 МДж/м2), т. е. расходная часть баланса превышает приходную. В марте он близок или равен нулю, а с апреля по сентябрь баланс положителен. Наибольшее значение отмечается в нюне, когда поглощенная радиация максимальна п составляет около 469 МДж/м2 в Бассейне и 432 МДж/м2 в Двинском заливе [24]. Энергия, соответствующая радиационному балансу, частично передается воздуху, но основное количество энергии накапливается в водной массе, преобразуется и участвует в адвективном обмене тепла течениями. Общий приход—расход тепла в деятельном слое моря составляет тепловой баланс. В расходной части теплового баланса основная роль принадлежит эффективному излучению (35%). затрате тепла на испарение (29%) и турбулентному теплообмену (20%). Главную роль в поступлении тепла играет поглощенная солнечная радиация (67%) и адвекция тепла течениями (26%). Относительная доля тепла, приносимого в море речным стоком, невелика и составляет 2%. В среднем за год как поступление, так и расход тепла составляет 3 482 МДж/м2 [24].
1.2. Циркуляция атмосферы
Для акватории Белого моря в любые сезоны года характерна частая смена воздушных масс, связанная с прохождением барических образований. Согласно данным за период 1967—1976 гг., в среднем погода на море в течение года в 71% случаев (262 дня) определяется действием циклонических и в 29% случаев (ЮЗ дня)—антицнклоннческнх полей атмосферного давления (табл. 1.1).
Зимой (ноябрь — март) преобладают области низкого давления (77%), которые в 37% случаев являются малоподвижными или малоградиеитнымн и в 13%—хорошо выраженными циклонами, переметающимися с запада и северо-запада из районов Атлантического океана. Двигаясь с большими скоростями (50—70 км/ч) на восток и юго-восток (рис. 1.1 а), они за сутки могут достигать акватории Белого моря. В передней части этих циклонов, как правило, наблюдается вынос теплого и влажного воздуха, что вызывает снегопады, иногда оттепель, штормовой ветер; в тыловых частях — резкие похолодания, штормовой ветер, снегопады с ухудшением видимости. Выходы южных и юго-западных циклонов на акваторию Белого моря отмечаются значительно реже, их повторяемость составляет ответственно 3 и 8%. С ними также связаны штормовые ветры, снегопады с ухудшением видимости и повышения температуры воздуха до оттепели. Зимой акватория моря значительно реже находится под влиянием области повышенного дав пения (23%), которую создают в основном малоградиентные барические поля пли стационарные антициклоны (15%). реже—отроги азорскнх антициклонов (3%) или скандинавские антициклоны (4%) м крайне редко наблюдаемые карские вторжения холодных воздушных масс (1%).
В весенний период, как и зимой, сохраняется еще большая неустойчивость погоды п относительно быстрая смена синоптических процессов. Наибольшую повторяемость имеют поля пониженного давления, определяемые малоподвижными циклопами (36%). Циклоны, перемещающиеся с запада, с районов Исландии и Норвежского моря, формируют погоду в 11% случаев (рис. 1.1 б). Повторяемость области высокого давления но сравнению с зимним сезоном увеличивается: в 20% случаев они связаны состационарнымп антициклонами и в 10% случаев с прохождениями антициклонов. Повторяемость полей высокого давления, обусловленных прохождением карских и азорских антициклонов, равна 3%. В течение весеннего периода происходит перестройка структуры сезонного барического поля, которая к концу мая уже преобретает летний характер.
Значительный приток тепла от Солнца способствует нагреву не только в умеренных, но и в северных шпротах. Разность температур между широтами уменьшается, что приводит к уменьшению горизонтальных градиентов давления и ослаблению интенсивности циркуляции атмосферы. Траектории циклонов располагаются южнее, над материком европейской части СССР.
Повторяемость циклонических полей летом остается на уровне весенних, увеличивается до 15% повторяемость полей пониженного давления, связанных с прохождением западных циклонов, число «ныряющих» циклонов по сравнению с зимой несколько уменьшается (11%). Глубина, а также скорости перемещения последних небольшие (25— 30 км/ч). На акваторию Белого моря они выносят влажный и прохладный воздух с Атлантики. При выходе южных циклонов (6%) обычно наблюдаются восточные и северо-восточные ветры со скоростью 12 м/с и более. Как и весной наибольшую повторяемость в летний период имеют стационарные антициклоны (17%), а наименьшую — азорские (3%) и карские (1%) (рис. 1.1 в). Чаще всего наблюдается вхождение антициклонов со Скандинавии (11%), что всегда обусловливает на акватории Белого моря холодную погоду с ветрами северных направлений.
Начало осеннего сезона обычно характеризуется активизацией атмосферной циркуляции и увеличением повторяемости полей низкого давления (73%). Они создаются в большинстве случаев «ныряющими» (19%), западными (8%), юго-западными (10%) и малоподвижными циклонами (31%) (рис. 1.1 г). Скорость перемещения циклонов осенью увеличивается по сравнению с летним сезоном. В годы с сильно развитой циклонической деятельностью, с частыми прохождениями юго-западных, западных и «ныряющих» циклонов, которые приносят с Атлантики влажную прохладную воздушную массу, на акватории Белого моря отмечается ненастная осень, с частыми штормовыми ветрами, дождями. В октябре дожди часто сменяются «зарядами» мокрого снега, ухудшающими видимость. Повторяемость полей повышенного давления осенью составляет 27% и обусловливается в основном стационарными (14%) и скандинавскими (11%) антициклонами. Вторжения холодных карских и теплых отрогов азорских антициклонов наблюдаются редко, их повторяемость составляет 1%.
1.3. Роль подстилающей поверхности в формировании климата
Важную роль в формировании климата моря играет состояние его поверхности и температура воды. Белое море каждую зиму покрывается льдом. Раньше всего лед образуется в устье Мезени — примерно в конце октября, а позднее всего—у Терского берега Горла и Воронки. Наибольшего развития ледовый покров достигает в марте. Обычно льдом покрывается около 90% плошали моря. Под влиянием ветра и течении лед носит плавучий характер. Неподвижный припайный лед формируется в основном в Кандалакшском, Онежском и Двинском заливах. В других районах моря припай не имеет значительного развития. В мае море полностью освобождается ото льдов.
Вследствие различной теплопроводности, излучательной и отражательной способности водная поверхность и ледовые поля по-разному влияют на формирование потоков тепла и влаги в атмосферу, по-разному поглощают и отражают солнечную радиацию. Альбедо снега колеблется от 30 до 95%, ледяного покрова—-от 40 до 50%, водной поверхности— от 10 до 12%. Эти различия сказываются на приходную часть радиационного баланса. Эффективное излучение, зависящее от температуры поверхности моря, происходит к тому же при различных условиях облачности и влагосодержания (над водой они больше, чем над льдом) и влияет на расходную часть радиационного баланса. Сказанное относится не только к физически неоднородным поверхностям (лед, вода), но и к областям теплых и холодных течений.
Несмотря на относительно небольшие размеры Белого моря, его водным массам с их большой теплоемкостью принадлежит заметная роль как второго источника тепла. Значительную часть тепла, накопленного в теплое время года, море отдает в атмосферу осенью н в начале зимы, когда оно еще не покрыто льдами. За ноябрь—декабрь теряется около половины годового запаса тепла, получаемого от Солнца и путем адвекции теплых вод Баренцева моря. В середине и во второй половине зимы значительный теплообмен с атмосферой происходит в местах разводий, трещин и над свободными ото льда участками поверхности. Вследствие этого температура воздуха, например, в январе, над наиболее глубоководной центральной частью Бассейна с ее большими теплозапасами и в Воронке на 2 — 3°С выше, чем у южного побережья моря, а ход изолиний температуры воздуха соответствует ходу изолиний температуры воды.
Немаловажную роль в формировании климата моря играет его средиземное положение. Почти сплошное кольцо окружающей суши придает некоторым частям моря, особенно мелководным п изолированным, значительную континентальность. Она проявляется в увеличении годовых и суточных амплитуд температуры воздуха, повторяемости и продолжительности низких температур, в значительном горизонтальном градиенте всех характеристик температурного режима воздуха в прибрежных районах, в уменьшении облачности и влажности воздуха над ними, в возникновении летней бризовой циркуляции воздуха.
Летом относительно холодная водная поверхность, особенно в Воронке (благодаря свободному доступу более холодных баренцевоморских вод), способствует образованию туманов при выносе теплых воздушных масс с суши и увеличению случаев плохой видимости, а также некоторому увеличению облачности.
Состояние поверхности моря влияет и на циркуляцию атмосферы. Над относительно теплыми водами моря в октябре—декабре воздушные массы дополнительно прогреваются, и тем самым создаются условия для поддержания циклонической деятельности. что приводит к высокой повторяемости облачности, сильных и штормовых ветров осенью и в начале зимнего периода, когда море еще свободно от льдов. У побережья Кольского полуострова в зоне теплого (зимой) баренцевоморского течения создаются значительные температурные контрасты между сушей и морем, неустойчивость в приземном слое воздуха, которая проявляется в режиме больших скоростей ветра и осадков. Береговая зона с ее изрезанностью, различной ориентацией, формами рельефа и острова оказывают существенное влияние на ветровом поток. Оно выражается в увеличении повторяемости определенных направлений ветра на заливах и в Горле, в усилении ветра около выступающих мысов.
Влияние подстилающем поверхности как климатообразующего фактора на режим отдельных метеорологических элементов и явлении в различные сезоны более подробно рассмотрено в соответствующих главах.